Endothelial c-REL orchestrates atherosclerosis at regions of disturbed flow through crosstalk with TXNIP-p38 and non-canonical NF-κB pathways

KWS：c-REL, Shear stress, Endothelial, Atherosclerosis

动脉粥样硬化的特征是脂质和炎症物质在动脉壁内的积累，其主要发生在血流紊乱的动脉分支和弯曲处。这些血流动力学条件诱导低壁剪切应力（WSS），导致血管炎症和内皮细胞（ECs）增殖加剧。

NF-κB 转录因子家族包括五个亚基：RELA（RELA）、RELB（RELB）、c-REL（c-REL/REL）、p105/p50（NFKB1）和 p100/p52（NFKB2），它们通过同源或异源二聚化形成活性转录因子。研究表明，动脉粥样硬化易感部位的 ECs 易导致 RELA 的激活增加，为这些区域炎症加剧提供了机制解释。尽管对 ECs 活化中的 RELA 进行了广泛的研究，但 NF-κB 家族成员 c-REL 具有独特的生物学特性，在这方面仍未得到充分的研究。

最近，英国谢菲尔德大学医药与人口健康学院、利物浦大学分子与临床癌症医学系及中国科学技术大学内分泌与代谢病研究所团队在一项最新研究中确定了内皮 c-REL 在低剪切应力部位促进炎症和 EC 增殖的作用，并阐明了该通路在动脉粥样硬化中的参与。该机制涉及驱动炎症的硫氧还蛋白互作蛋白（TXNIP）-p38（MAPK14）信号和驱动 EC 增殖的 NFKB2-p21 通路。研究成果发表于 Cardiovascular Research 期刊题为“Endothelial c-REL orchestrates atherosclerosis at regions of disturbed flow through crosstalk with TXNIP-p38 and non-canonical NF-κB pathways”。
研究人员重点关注内皮细胞，通过对小鼠主动脉弓区域进行 En Face 染色来研究剪切应力和 c-REL 分布之间的潜在相关性。体内分析显示，与外曲率（高剪切应力；抗动脉粥样硬化）相比，主动脉弓内曲率（低剪切应力；促动脉粥样硬化）的总 c-REL 水平和核 c-REL 水平均更高（图1 A）。体外研究进一步支持 c-REL 与剪切应力之间的关系。实验观察到，与高剪切应力（11.1 dyn/cm2）条件相比，暴露于低剪切应力（4.8 dyn/cm2）的人脐静脉内皮细胞（HUVECs）和人冠状动脉内皮细胞（HCAECs）中 c-REL 蛋白表达显著升高（图1 B、C）。这些结果表明，c-REL 是由低剪切应力诱导的，导致其在动脉内动脉粥样硬化易感区域富集。

图1 c-Rel 通过低剪切应力的上调在动脉粥样硬化诱导位点富集。

为了阐明 c-REL 在动脉粥样硬化易感部位的功能，首先对暴露于低剪切应力的 HUVEC 进行了大量 RNA 分析，并检查了沉默 c-REL 对基因表达的影响。沉默 c-REL 改变了 2398 个基因的表达。功能注释揭示了多个富集的基因本体术语，包括与炎症相关、细胞增殖和代谢等。

然后，分析 c-REL 沉默对暴露于低剪切应力培养的人 EC 的影响，验证其与炎症的潜在联系。据观察，c-REL 的沉默导致 HUVECs 中炎症粘附分子 VCAM1、ICAM1 和 E-SELECTIN 在 mRNA 和蛋白质水平上的表达显著降低（图2 A、B）。同样，也导致暴露于低（图2 C、D）或高剪切应力的 HCAECs 中这些分子的降低。进一步研究 c-REL 与炎症之间的联系，c-REL 过表达诱导 VCAM-1、ICAM-1 和 E-SELECTIN 在 mRNA 和蛋白质水平上水平升高，证实了 c-REL 对粘附分子表达的调控作用。与这些体外结果一致，小鼠主动脉的面部染色显示，与高剪切应力区域相比，VCAM-1、ICAM-1 和 E-SELECTIN 在低剪切应力区域的表达升高（图2 E–G）。小鼠 c-Rel 的基因缺失显著减弱了 VCAM-1、ICAM-1 和 E-SELECTIN（图2 E-G）表达，进一步支持 c-REL 作为炎症分子表达的正调节因子的作用。

c-REL 是多个 MAPK 通路的关键调节因子，这促使研究人员假设 MAPK 调控可能是 c-REL 驱动的内皮激活的基础。与此一致，c-REL 的沉默导致 HUVECs 中 TXNIP、p38和TNF超家族成员RANK（TNFRSK11A）在mRNA和蛋白水平上的显著降低。同样，也导致暴露于低或高剪切应力下的 HCAECs 中这些分子的降低。相反，c-REL 的过表达在 mRNA 和蛋白质水平上诱导 TXNIP、p38 和 RANK 水平升高。有趣的是，p38 或 TXNIP 的过表达并不能挽救 c-REL 沉默细胞中的炎症分子表达。研究人员认为是 c-REL 诱导多个信号分子，每个分子都是炎症完全激活所必需的，并且恢复该网络的单个成员不足以恢复炎症。小鼠主动脉弓的 En Face 染色证实了体外研究结果，显示低剪切应力区 TXNIP、p38 和 RANK 的表达升高，c-Rel 的基因缺失导致这些蛋白表达降低。这些数据表明，c-REL 通过增强 p38 及其上游调节因子 RANK 和 TXNIP 来促进低剪切应力区域的炎症。

为了破译其机制，研究了 c-REL 是否直接与粘附分子的启动子和炎性 MAP 激酶成分结合，并得出结论，c-REL 是暴露于低剪切应力条件下的 ECs 中炎症激活的驱动因素，该机制涉及 c-REL 与编码粘附蛋白的基因启动子的直接结合，还涉及促炎 MAP 激酶信号分子的诱导。

图2 c-Rel 响应低剪切应力促进动脉粥样硬化易感区域的炎症。

接下来，研究探讨了 c-REL 在 EC 增殖中的作用。c-REL 的基因沉默导致暴露于低剪切应力下的 HUVEC 或 HCAEC 的增殖百分比显著降低。相反，在暴露于高剪切应力的 EC 中，c-REL 沉默的影响相对较小。通过在低剪切应力下的 HCAEC 中过表达 c-REL 获得了进一步的证据，其显著提高了表达细胞增殖标志物 PCNA 和 Ki67 的细胞比例。小鼠主动脉中表面染色一致显示，与高剪切应力条件相比，低剪切应力条件下 EC 增殖增强。此外，c-Rel 的基因缺失显著减弱了主动脉低剪切应力区域的细胞增殖，表明 c-Rel 有助于在低剪切应力部位增加局部 EC 增殖。

为了破译该机制，重点分析了NFKB2 上游的非经典 NF-κB 信号通路。该通路是通过激活 NF-κB 诱导激酶NIK（MAP3K14）启动的，该激酶促进 p100 蛋白水解加工为 p52，随后易位到细胞核。免疫印迹显示，低剪切应力提高了 HUVEC（图3 A）和 HCAEC（图3 B）中 p100 和活性 p52 NF-κB 亚基的表达，而 c-REL 沉默则显著减弱了其表达（图3 C、D）。在 p100/p52 的上游沉默 HUVEC（图3 E）和 HCAEC（图3 F）中 c-REL 降低了 NIK 的表达。因此，可得出结论，c-REL 可以与 NIK 启动子中一个假定的 c-REL 结合位点相互作用。一致地，小鼠主动脉的表面染色显示，NIK 在低剪切区的表达增强，并且分析c-RelKO小鼠证明 c-Rel 是该部位 NIK 富集所必需的（图3 G）。

研究人员推断非经典 NF-κB 是 EC 增殖的驱动因素，因为 NFKB2 的基因缺失在主动脉的低剪切应力位点表现出增殖减少的趋势。同样，NFKB2 的沉默显著降低了体外暴露于低剪切应力条件下的 HUVEC 和 HCAEC 中增殖细胞的百分比。在机制水平上，通过在暴露于低剪切应力的 HUVEC 或 HCAEC 中沉默 NFKB2 或 c-REL，细胞周期抑制剂p21（CDKN1A）的表达增强。

这些发现表明，c-REL 通过激活非经典 NF-κB 信号以抑制 p21 来驱动低剪切应力位点的 EC 增殖。与 p21 在衰老中的作用一致，实验观察到，c-REL 沉默增强了暴露于低剪切应力的 HCAEC 中衰老的两个标志物 H2AX 和 p53 的表达。相比之下，c-REL 沉默不会改变 HCAEC 中的细胞凋亡，对 HUVEC 的影响相对温和。

图3 c-Rel 可增强响应低剪切应力的非经典 NFKB2 激活。

鉴于c-REL在调节血管炎症中的关键作用，研究假设c-REL可能影响动脉粥样硬化。与对照组相比，AAV-PCSK9 的给药和暴露于西方饮食 6 周后（模拟动脉粥样硬化），全身性 c-Rel 缺失（c-RelKO）小鼠显示主动脉粥样硬化斑块减少，血浆甘油三酯和胆固醇水平也降低。进一步分析表明，c-Rel 调节血浆胆固醇水平，可能涉及肝脏胆固醇代谢。

最后，为了具体分析内皮 c-REL 对动脉粥样硬化的影响，生成内皮特异性c-REL 敲除（c-RelECKO）和对照小鼠。AAV-PCSK9 处理并暴露于西方饮食 8 周以诱发高胆固醇血症后，c-RelECKO组与对照组相比，小鼠的主动脉粥样硬化斑块显著较小（图4 A），而血浆胆固醇和甘油三酯水平保持不变（图4 B）。这些发现强调了内皮 c-Rel 是动脉粥样硬化的驱动因素，这与它在动脉树的动脉粥样硬化区促进炎症和内皮细胞更新的能力是一致的。

这些发现表明，内皮 c-Rel 通过在疾病易发区域诱导促动脉粥样硬化炎症分子来促进动脉粥样硬化。此外，靶向 c-REL 可能具有保护血管系统和降低血浆脂蛋白水平以减轻动脉粥样硬化的双重好处。

图4 内皮 c-Rel 驱动动脉粥样硬化。

图5 图形概要

总之，该研究表明，内皮 c-REL 通过激活导致炎症的 TXNIP-p38 通路和驱动增殖的 NF-κB2-p21 通路，协调血流紊乱部位动脉粥样硬化的启动。抑制 c-REL 提供了一种新的治疗策略，以增强 EC 功能和缓解动脉粥样硬化。

参考文献：Tardajos Ayllon B, Bowden N, Souilhol C, Darwish H, Tian S, Duckworth C, Pritchard DM, Xu S, Sayers J, Francis S, Serbanovic-Canic J, Oakley F, Evans PC. Endothelial c-REL orchestrates atherosclerosis at regions of disturbed flow through crosstalk with TXNIP-p38 and non-canonical NF-κB pathways. Cardiovasc Res. 2025 Feb 21:cvaf024. doi: 10.1093/cvr/cvaf024. Epub ahead of print. PMID: 39982773.

原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39982773/

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